DE2409043A1

DE2409043A1 - Drehtransformator

Info

Publication number: DE2409043A1
Application number: DE2409043A
Authority: DE
Inventors: Rene Dubois; Walter Tschur
Original assignee: Vibro Meter SA
Current assignee: Meggitt SA
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1974-02-25
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2409043B2; DE2409043C3; CH588133A5

Description

Drehtransformator Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehtransformator zur berührungslosen Uebertragung elektrischer Signale zwischen einer rotierenden Welle und stationären mechanischen Teilen, wobei die Wicklung der einen Transformatorseite mittels mindestens eines nichtmagnetischen Trägers mit der Welle verbunden ist und die andere Wicklung koaxial zur Welle still steht.
Einrichtungen dieser Art werden hauptsächlich in Kombination mit mechanoelektrischen Wandlern zur elektrischen Messung mechanischer Drehmomente in rotierenden Wellen benutzt. Ferner dienen sie allgemein zur Uebertragung elektrischer Energie zwischen stationären und rotierenden Maschinenteilen.
Allgemein besteht ein Drehtransformator aus einer rotierenden Spule mit dem dazu gehörenden rotierenden Teil des ferromagnetischen Kernes und einer stehenden Spule mit dem stehenden Teil des ferromagnetischen Kernes. Der grösste Teil des magnetischen Widerstandes dieser Kerne bildet der nötige Luftspalt zwischen dem drehenden und dem stehenden Teil. Für die Erreichung eines guten Wirkungsgrades im Transformator ist es erforderlich, den Luftspalt klein zu halten, wobei dann alle sich durch Temperaturänderungen, Zentrifugalkrafeinwirkungen und Lagerspieleinwirkungen ergebende Luftspaltänderungen die Uebertragungscharakteristik des Drehtransformators beeinflussen und damit die übertragenen Signale mit Fehlern belasten.
Das Ziel mehrerer bereits bekannten Lösungen war, die Luftspaltänderungen mit verschiedenen Mitteln zu eliminieren, zu kompensieren oder, wie bei der nachfoigend näher beschriebenen bekannten Ausführung (US-Patent 3,611,230, in Fig. 7 dargestellt) den rotierenden Teil des Kernes zu eliminieren.
Bei dieser Ausführung (Fig. 7) ist die rotierende Spule 15 durch eine nichtmagnetische Trägerscheibe16 auf der Welle 1 getragen. Der in diesem Falle stationäre, die stehende Spule 17 tragende Kern 18, 19 umschliesst diese Spule grösstenteils und besitzt einen geometrisch definierten und nicht veränderlichen Luftspalt (S), durch den die nichtmagnetische, die rotierende Spule tragende Trägerscheibe dringt. Da diese Scheibe nichtmagnetischer Natur ist, haben die radialen und axialen Bewegungen der Scheibe keinen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des sonst geometrisch unveränderlichen Luftspaltes.
Der Hauptnachteil dieser Anordnung besteht aber darin, dass ein Kern komplizierter Form erforderlich ist, der praktisch aus zwei Ferritringschalen mit Aussparung für die rotierende Wicklung besteht. Die Dimensionen solcher Kerne können bestimmte Grenzen nicht übersteigen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Spulen des Drehtransformators so zu gestalten, dass der ferromagnetische Kern bei Beibehaltung eines guten Wirkungsgrades und bei einfach herstellbaren Spulen überhaupt eliminiert werden kann. Weiter soll seine Uebertragungscharakteristik durch gegenseitige radiale Bewegungen der rotierenden und stationären Wicklungen nicht beeinflusst werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Transformator kernfrei ist und mindestens drei gleichgestaltete Spulen aufweist, die koaxial zur Achse der Welle axial nebeneinander angeordnet sind, und dass der Querschnitt der Spulen wesentlich kleinere Abmessungen in der axialen als in der radialen Richtung aufweist. Entweder wird die mittlere Spule oder werden die Aussenspulen durch nichtmagnetische Trägerscheiben mit der Welle verbunden. Weiter können die zwei miteinander arbeitenden Aussenspulen in Serie oder parallel zusairmengeschaltet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, den Transformator durch Bleche gegen fremde Felder zu schützen.
Die durch das Lagerspiel und thermische Ausdehnungen hervorgerufenen axialen Verschiebungen der mittleren Spule gegenüber den zwei Aussenspulen hat in der ersten Annäheruny keinen Einfluss auf die Uebertragungscharakteristik des Transformators.
Die Verkleinerung des Abstandes der Mittelspule von einer Aussenspule wird durch Vergrösserung des Abstandes von der anderen Aussenspule kompensiert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist die geringe Baulänge des Drehtransformators.
Es werden nun einige in den Zeichnungen dargestellte Ausführungs beispiele näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführung mit rotierender mittleren Spule, Fig. 2 zeigt eine Ansicht der rotierenden Spule, Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Ausführung mit zwei rotierenden Aussenspulen und stationärer mittleren Spule, Fig. 4 stellt ein Schaltungsschema der Ausführung nach Fig. 1 oder 3 mit den in Serie geschalteten Aussenspulen dar, Fig. 5 zeigt ein Schaltungsschema der Ausführung nach Fig. 1 oder 3 mit den parallel geschalteten Aussenspulen, Fig. 6 zeigt die Ausführung nach Fig. 1 mit einer Abschirmung gegen fremde magnetische Felder und Fig. 7 zeigt einen bekannten Drehtransformator.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine Trägerscheibe 3 aus nichtmagnetischem Material auf der Welle 1 angeordnet, wobei diese Welle Teil irgendeiner Machine sein kann. Auf dieser Trägerscheibe ist eine Spule 2 befestigt, deren Durchmesser grösser ist als die axiale Dicke. Auf beiden Seiten der Spule 2 stehen koaxial zwei weiter Spulen 4 und 5, deren Dimensionen denjenigen der Spule 2 entsprechen, d.h., dass die Spulen 2, 4 und 5 in bezug auf axiale Dicke, inneren und äusseren Durchmesser gleich gestaltet sind.
Die Fig. 2 zeigt wie die Anschlüsse 7 und 8 der Spule 2 auf der Trägerscheibe angeordnet werden können, wobei die Pfeile auf die Richtung der Wicklungen hinweisen.
Die Ausführung nach Fig. 3 zeigt eine zweite Möglichkeit den Transformator aufzubauen. Bei dieser Ausführung sind zwei Trägerscheiben 10 und 12 aus nichtmagnetischem Material auf der Welle 1 angeordnet, worauf zwei Aussenspulen 9 und 11 befestigt sind.
Zwischen diesen Aussenspulen steht eine dritte Spule 13, die in nicht dargestellter Weise an einem unbewegten Teil befestigt ist.
In der Ausführung nach Fig. 1 dreht die mittlere Spule 2 mit der Welle, während die zwei Aussenspulen durch einen nicht gezeigten Halter koaxial zur Welle unbeweglich gehalten sind. In der Ausführung nach Fig. 3 ist es umgekehrt; die Aussenspulen 9, 11 rotieren mit der Welle, während die mittlere Spule 13 still steht.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Möglichkeiten die Aussenspulen 4 und 5 (bzw. 9 und 11) zusammenzuschalten. Die Wahl der Schaltung hängt von den Bedingungen ab.
Die Fig. 6 zeigt wie man den Transformator mittels dünner, ringförmiger Platten 14, beispielsweise aus Transformatorblech, gegen fremde magnetische Felder abschirmen kann.
Nachstehend werden einige Angaben über ein besonderes Ausführungsbeispiel des Drehtransformators gemacht.
Spulen: Innendurchmesser : 59 mm Aussendurchmesser t 89 mm Dicke (axiale Länge der Spulen) : 1 mm Windlungszahl : 480 Durchmesser des Drahtes s 0,17 mm Die Aussenspulen sind parallel geschaltet und bilden die Primärseite des Transformators. Die mittlere Spule bildet die Sekundärseite.

Die Experimente wurden mit einer Speisespannung von 10 V und einer Frequenz von s KHz durchgeführt.

Lastwiderstand Wirkungsgrad Eingangsimpedanz - --

mitmit Abschirmunglohne Abschirmung mit Abschirmung 1ohne Abschirmung

Co 97. 98 2'300 i 1'200

1000 85 1 86 890 790

400 72 1 73 540 1 480

0 ~- -~ 150 150

(kurzgeschl.) 1 150 150

Versuche haben gezeigt, dass für die Erzielung eines vernünftigen Wirkungsgrades das Verhältnis radiale Abmessung/Dicke des Spulenquerschnittes mindestens 10 betragen sollte. Es ist auch zu bemerken, dass die Anzahl der Spulen grösser als drei sein kann, dass sie aber immer ungerade sein soll, denn die Spulen der einen Seite des Transformators sollen immer zwischen den Spulen der anderen Seite liegen.

Claims

PATENTANS PRUECEXE:

e Drehtransformator zur berührungslosen Uebertragung elektrischer Signale zwischen einer rotierenden Welle und stationären mecha nischen Teilen, wobei die Wicklung der einen Transformatorseite mittels mindestens eines nichtmagnetischen Trägers mit der Welle verbunden ist und die andere Wicklung koaxial zur Welle still steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator kernfrei ist und mindestens drei gleichgestaltete Spulen aufweist, die koaxial zur Achse der Welle axial nebeneinander angeordnet sind, und dass der Querschnitt der Spulen wesentlich kleinere Abmessungen in der axialen als in der radialen Richtung aufweist.
2) Drehtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis radiale Abmessung/axiale Abmessung mindestens 10 beträgt.
3) Drehtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Spule mit der Welle verbunden ist während die Aussenspulen fest angeordnet sind.
4) Drehtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Spule fest angeordnet ist während die Aussenspulen mit der Welle verbunden sind.
5) Drehtransformator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Aussenspulen in Serie geschaltet sind.
6) Drehtransformator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Aussenspulen parallel geschaltet sind.
7) Drehtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei ringförmige koaxial zur Welle angeordnete Platten als Abschirmung gegen fremde Felder vorgesehen sind.